Kamis, 25 Oktober 2012

Fisika~TEORI KOEFISIEN GESEKAN

LANDASAN TEORI KOEFISIEN GESEKAN

PENGERTIAN GAYA
Gaya adalah suatu dorongan atau tarikan. Gaya dapat mengakibatkan perubahan – perubahan sebagai berikut :
1) benda diam menjadi bergerak
2) benda bergerak menjadi diam
3) bentuk dan ukuran benda berubah
4) arah gerak benda berubah
Macam – macam Gaya
Berdasarkan penyebabnya, gaya dikelompokkan
sebagai berikut :
(1) gaya mesin, yaitu gaya yang berasal dari mesin
(2) gaya magnet, yaitu gaya yang berasal dari magnet
(3) gaya gravitasi, gaya tarik yang diakibatkan oleh bumi
(4) gaya pegas, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh pegas
(5) gaya listrik, yaitu gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik
Berdasarkan sifatnya, gaya dikelompokkan menjadi :
(1) gaya sentuh, yaitu gaya yang timbul karena titik kerja gaya, langsung bersentuhan dengan benda.
(2) gaya tak sentuh, yaitu gaya yang timbul walaupun titik kerja gaya tidak bersentuhan dengan benda.




hukum newton
Newton merupakan ilmuwan Inggris yang mendalami Dinamika, yaitu cabang fisika yang mempelajari tentang gerak. Newton mengemukakan tiga hukum tentang gerak :

Hukum III Newton
Hukum aksi reaksi
Suatu benda mendapatkan gaya dikarenakan berinteraksi dengan benda yang lain“
F aksi = – F reaksi
tanda (-) menunjukkan arah gaya yang berlawanan .

Gaya gesek

Gaya gesek (Ff) dari benda yang bergerak di atas suatu papan permukaan
Gaya gesek adalah gaya yang berarah melawan gerak benda atau arah kecenderungan benda akan bergerak. Gaya gesek muncul apabila dua buah benda bersentuhan. Benda-benda yang dimaksud di sini tidak harus berbentuk padat, melainkan dapat pula berbentuk cair, ataupun gas. Gaya gesek antara dua buah benda padat misalnya adalah gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan gaya antara benda padat dan cairan serta gas adalah gaya Stokes.
Secara umum gaya gesek dapat dituliskan sebagai suatu ekspansi deret, yaitu

di mana suku pertama adalah gaya gesek yang dikenal sebagai gaya gesek statis dan kinetis, sedangkan suku kedua dan ketiga adalah gaya gesek pada benda dalam fluida.
Gaya gesek dapat merugikan atau bermanfaat. Panas pada poros yang berputar, engsel pintu yang berderit, dan sepatu yang aus adalah contoh kerugian yang disebabkan oleh gaya gesek. Akan tetapi tanpa gaya gesek manusia tidak dapat berpindah tempat karena gerakan kakinya hanya akan menggelincir di atas lantai. Tanpa adanya gaya gesek antara ban mobil dengan jalan, mobil hanya akan slip dan tidak membuat mobil dapat bergerak. Tanpa adanya gaya gesek juga tidak dapat tercipta parasut.
Cara memperkecil gaya gesekan :
(1) memperlicin permukaan, misal dengan pemberian minyak pelumas atau mengampelas permukaan.
(2) memisahkan kedua permukaan yang bersentuhan dengan udara, misal kapal laut yang bagian dasarnya berupa pelampung yang diisi udara.
(3) meletakkan benda di atas roda – roda, sehingga benda lebih mudah bergerak.
Gaya Gesekan yang Merugikan
Contoh gaya gesekan yang merugikan :
(1) gaya gesekan pada mesin mobil dan kopling menimbulkan panas yang berlebihan sehingga mesin mobil cepat rusak karena aus.
(2) gaya gesekan antara ban mobil dengan jalan mengakibatkan ban mobil cepat aus dan tipis.
(3) gaya gesekan antara angin dengan mobil dapat menghambat gerakan mobil.

Asal gaya gesek

Gaya gesek merupakan akumulasi interaksi mikro antar kedua permukaan yang saling bersentuhan. Gaya-gaya yang bekerja antara lain adalah gaya elektrostatik pada masing-masing permukaan. Dulu diyakini bahwa permukaan yang halus akan menyebabkan gaya gesek (atau tepatnya koefisien gaya gesek) menjadi lebih kecil nilainya dibandingkan dengan permukaan yang kasar, akan tetapi dewasa ini tidak lagi demikian. Konstruksi mikro (nano tepatnya) pada permukaan benda dapat menyebabkan gesekan menjadi minimum, bahkan cairan tidak lagi dapat membasahinya (efek lotus).

Jenis-jenis gaya gesek

Terdapat dua jenis gaya gesek antara dua buah benda yang padat saling bergerak lurus, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis, yang dibedakan antara titik-titik sentuh antara kedua permukaan yang tetap atau saling berganti (menggeser). Untuk benda yang dapat menggelinding, terdapat pula jenis gaya gesek lain yang disebut gaya gesek menggelinding (rolling friction). Untuk benda yang berputar tegak lurus pada permukaan atau ber-spin, terdapat pula gaya gesek spin (spin friction). Gaya gesek antara benda padat dan fluida disebut sebagai gaya Coriolis-Stokes atau gaya viskos (viscous force).

Gaya gesek statis

Gaya gesek statis adalah gesekan antara dua benda padat yang tidak bergerak relatif satu sama lainnya. Seperti contoh, gesekan statis dapat mencegah benda meluncur ke bawah pada bidang miring. Koefisien gesek statis umumnya dinotasikan dengan μs, dan pada umumnya lebih besar dari koefisien gesek kinetis.
Gaya gesek statis dihasilkan dari sebuah gaya yang diaplikasikan tepat sebelum benda tersebut bergerak. Gaya gesekan maksimum antara dua permukaan sebelum gerakan terjadi adalah hasil dari koefisien gesek statis dikalikan dengan gaya normal f = μs Fn. Ketika tidak ada gerakan yang terjadi, gaya gesek dapat memiliki nilai dari nol hingga gaya gesek maksimum. Setiap gaya yang lebih kecil dari gaya gesek maksimum yang berusaha untuk menggerakkan salah satu benda akan dilawan oleh gaya gesekan yang setara dengan besar gaya tersebut namun berlawanan arah. Setiap gaya yang lebih besar dari gaya gesek maksimum akan menyebabkan gerakan terjadi. Setelah gerakan terjadi, gaya gesekan statis tidak lagi dapat digunakan untuk menggambarkan kinetika benda, sehingga digunakan gaya gesek kinetis.
Rumus untuk koefisien gesek statik sering dinyatakan dengan:
μ = tan θ

Koefisien gesek ( µ ) dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara gaya gesek ( F )dengan gaya normal ( N ), 
dapat dirumuskan sebagai berikut :
 µ =F / N 
Keterangan : 
µ :koefisien gesek 
F :gaya gesekan
N : gaya normal

Rumus tersebut merupakan rumus yang digunakan sebagai cara untuk mengukur koefisien gesek. Apabila kita punya sebuah benda, misalnya buku, lalu kita ingin mengetahui berapa koefisien gesek statik antara buku dengan permukaan dari kayu, maka cara mengetahuinya adalah dengan meletakkan buku tersebut di atas permukaan kayu. Kemudian permukaan kayu itu kita miringkan (terhadap horizontal) sedikit demi sedikit. Pada saat awal (sudut kemiringan kecil), buku tidak akan bergerak, tetapi setelah terus dimiringkan, pada sudut kemiringan tertentu (θ) buku akan mulai mulai bergerak, nah tan θ inilah yang merupakan nilai μ.

Terlihat bahwa nilai sudut θ adalah spesial, tidak bisa divariasikan sembarangan, hanya terdapat satu nilai θ untuk koefisien gesek statik antara bahan kayu dan kayu. Hal ini mengakibatkan bahwa rumus diatas tidak bisa dipahami sebagai hubungan ketergantungan antara μs terhadap θ. Rumus itu memberitahu kita bagaimana cara mengukur μ.
Pada bidang miring, koefisien gesek statik diberikan oleh ekspresi : μ = tan θ, dimana θ adalah sudut kemiringan. Secara matematis ini ekuivalen.




Dalam pecobaan kali ini akan berlaku hukum Newton 1 dan 2:


Hukum Newton 1
                   “setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali jika ia dipaksa untuk mengubah keadaan itu oleh gaya-gaya yang berpengaruh padanya”.
                   Sesungguhnya hukum Newton pertama ini memberikan pernyataan tentang kerangka acuan. Pada umumnya, percepatan suatu benda bergantung  kerangka acuan mana ia diukur. Hukum ini menyatakan bahwa jika tidak ada benda lain di dekatnya (artinya tidak ada gaya yang bekerja, karena setiap gaya harus dikaitkan dengan benda dengan lingkungannya) maka dapat dicari suatu keluarga kerangka acuan sehingga suatu partikel tidak mengalami percepatan. (Silaban, Sucipto: 1985)
                   Kenyataan bahwa tanpa gaya luar suatu benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan sering dinyatakan dengan memberikan suatu sifat pada benda yang disebut inersia (kelembaman), karena itu hukum Newton pertama sering disebut hukum inersia dan kerangka acuan dimana hukum ini berlaku disebut kerangka inersial. Kerangka acuan ini sering dianggap diam terhadap bintang yang sangat jauh.
                  
Hukum Newton 2
“percepatan yang dialami oleh suatu benda sebanding dengan besarnya gaya yang bekerja dan berbanding terbalik dengan massa benda itu”
Hukum Newton 2 dapat ditulis dengan persamaan:
a = F/m
Dalam persamaan ini F adalah jumlah (vektor) semua gaya yang bekerja pada benda, m adalah massa benda, dan a adalah (vektor) percepatannya. (Wijaya: 2007)
                   Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada benda, dan berbanding terbalik dengan massa benda itu. Arah percepatan sama dengan arah gaya itu.
                  
       Sebagai contoh adalah saat kita mendorong buku yang berada di atas meja, kemudian kita lepaskan. Buku itu akan bergerak tetapi kemudian berhenti. Menurut hukum II Newton, perubahan gerak ini adalah disebabkan oleh adanya gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gerak buku itu.kalau gaya ini tidak ada, tentulah buku itu tidak akan bergerak beraturan, menurut hukum I Newton.gaya apakah yang mengubah gerak benda (buku) dari bergerak sampai berhenti? Gaya itu tentulah berasal dari pergesekan antara benda yang satu (buku) dengan benda yang lain (meja). Gaya ini dikenal dengan gaya gesekan.
Jika dinyatakan dalam bentuk persamaan, pernyataan di atas dapat ditulis sebagai berikut:
f gesekan = µN
Dengan: µ = koefisien gesek
              N = gaya normal
                                                 
Misalkan kita menarik sebuah balok yang berada dalam keadaan diam dengan sebuah gaya F seperti pada gambar, pada waktu balok masih seimbang, jika gaya yang kita berikan kecil, gaya gesekan statis itupun kecil. Makin besar gaya gesekan yang kita berikan, makin besar gaya gesekan statis itu, selama benda masih seimbang.jika gaya terus diperbesar, akhirnya keseimbangan benda hilang. Benda bergerak kearah gaya yang kita berikan. Ini berarti gaya gesekan tidak dapat bertambah besar lagi. Gaya gesekan statis mencapai nilai maksimum. Nilai maksimum ini disebut gaya gesekan (statis maksimum) untuk kedua permukaan yang bergesekan. Pada saat gaya gesekan maksimum,benda pada saat tepat akan bergerak.
     
 

Gaya gesek kinetis

Gaya gesek kinetis (atau dinamis) terjadi ketika dua benda bergerak relatif satu sama lainnya dan saling bergesekan. Koefisien gesek kinetis umumnya dinotasikan dengan μk dan pada umumnya selalu lebih kecil dari gaya gesek statis untuk material yang sama.


Dalam pecobaan kali ini akan berlaku hukum Newton 1 dan 2:


            Perbandingan antara besar gaya gesekan kinetik dengan gaya normal disebut koefisien gesekan kinetik.  Jika fk menyatakan besar gaya gesekan kinetik, maka:

fk ≤  µkN

     Dalam pecobaan kali ini akan berlaku hukum Newton 1 dan 2:

Hukum Newton 1
                   “setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali jika ia dipaksa untuk mengubah keadaan itu oleh gaya-gaya yang berpengaruh padanya”.
                   Sesungguhnya hukum Newton pertama ini memberikan pernyataan tentang kerangka acuan. Pada umumnya, percepatan suatu benda bergantung  kerangka acuan mana ia diukur. Hukum ini menyatakan bahwa jika tidak ada benda lain di dekatnya (artinya tidak ada gaya yang bekerja, karena setiap gaya harus dikaitkan dengan benda dengan lingkungannya) maka dapat dicari suatu keluarga kerangka acuan sehingga suatu partikel tidak mengalami percepatan. (Silaban, Sucipto: 1985)
                   Kenyataan bahwa tanpa gaya luar suatu benda akan tetap diam atau tetap bergerak lurus beraturan sering dinyatakan dengan memberikan suatu sifat pada benda yang disebut inersia (kelembaman), karena itu hukum Newton pertama sering disebut hukum inersia dan kerangka acuan dimana hukum ini berlaku disebut kerangka inersial. Kerangka acuan ini sering dianggap diam terhadap bintang yang sangat jauh.
                  
Hukum Newton 2
“percepatan yang dialami oleh suatu benda sebanding dengan besarnya gaya yang bekerja dan berbanding terbalik dengan massa benda itu”
Hukum Newton 2 dapat ditulis dengan persamaan:
a = F/m
Dalam persamaan ini F adalah jumlah (vektor) semua gaya yang bekerja pada benda, m adalah massa benda, dan a adalah (vektor) percepatannya. (Wijaya: 2007)
                   Percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya yang bekerja pada benda, dan berbanding terbalik dengan massa benda itu. Arah percepatan sama dengan arah gaya itu.
                  
       Sebagai contoh adalah saat kita mendorong buku yang berada di atas meja, kemudian kita lepaskan. Buku itu akan bergerak tetapi kemudian berhenti. Menurut hukum II Newton, perubahan gerak ini adalah disebabkan oleh adanya gaya yang arahnya berlawanan dengan arah gerak buku itu.kalau gaya ini tidak ada, tentulah buku itu tidak akan bergerak beraturan, menurut hukum I Newton.gaya apakah yang mengubah gerak benda (buku) dari bergerak sampai berhenti? Gaya itu tentulah berasal dari pergesekan antara benda yang satu (buku) dengan benda yang lain (meja). Gaya ini dikenal dengan gaya gesekan.
Jika dinyatakan dalam bentuk persamaan, pernyataan di atas dapat ditulis sebagai berikut:
f gesekan = µN
Dengan: µ = koefisien gesek
              N = gaya normal
                                                 
Misalkan kita menarik sebuah balok yang berada dalam keadaan diam dengan sebuah gaya F seperti pada gambar, pada waktu balok masih seimbang, jika gaya yang kita berikan kecil, gaya gesekan statis itupun kecil. Makin besar gaya gesekan yang kita berikan, makin besar gaya gesekan statis itu, selama benda masih seimbang.jika gaya terus diperbesar, akhirnya keseimbangan benda hilang. Benda bergerak kearah gaya yang kita berikan. Ini berarti gaya gesekan tidak dapat bertambah besar lagi. Gaya gesekan statis mencapai nilai maksimum. Nilai maksimum ini disebut gaya gesekan (statis maksimum) untuk kedua permukaan yang bergesekan. Pada saat gaya gesekan maksimum,benda pada saat tepat akan bergerak.




Daftar Pustaka:
Silaba & Sucipto. 1985. Fisika Dasar Jilid 1. Jakarta. Erlangga
Wijaya. 2008. Fisika Dasar Jilid 2. Jakarta. Erlangga 
Redaksi Kawan Pustaka. 2008. Rangkuman Rumus MIPA SMA. Jakarta. PT. Kawan Pustaka

 


1 komentar:

  1. gan, aku mau nanya, kenapa koefisien gaya gesek nya antara 0 sampai 1?

    BalasHapus